题目内容

【题目】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、CO、SO2等气体,严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。

Ⅰ.脱硝:已知:H2的燃烧热为285.8kJ/mol

①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H1=+133kJ/mol

②H2O(g)=H2O(l) △H2=-44 kJ/mol

写出在催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为___。

Ⅱ.脱碳:

(1)向2L恒容密闭容器中加入2molCO2、6molH2,在适当的催化剂作用下,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l) +H2O(l)。

下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是___。

A.混合气体的平均式量保持不变 B.CO2和H2的体积分数保持不变

C.CO2和H2的转化率相等 D.混合气体的密度保持不变

E.1 molCO2生成的同时有3molH—H键断裂

(2)在T1℃时,体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H2和CO,发生反应CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)反应达到平衡时CH3OH的体积分数(V%)与n(H2)/n(CO)的关系如图所示。

①当起始n(H2)/n(CO)=2,经过5min达到平衡,CO的转化率为0.4,则0~5min内平均反应速率v(H2)=____。若此时再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol,达新平衡时H2的转化率将____(选填“增大”、“减小”或“不变”);

②当起始n(H2)/n(CO)=3.5时,达到平衡状态后,CH3OH的体积分数可能是图象中的___点(选填“D”、“E”或“F”)。

(3)已知反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)的平衡常数K值与温度的关系如表所示。830℃时,向一个2L的密闭容器中充入0.20molA和0.20molB,10s时达到平衡。

温度/℃

700

830

1200

K值

1.7

1.0

0.4

该反应是____反应(填“吸热反应”或“放热反应”);反应初始至平,A的平均反应速率v(A)=_____。达到平衡后,B的转化率为____。

【答案】4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol DE 0.08mol·L-1·min-1 减小 F 放热反应 0.005mol·L-1·s-1 50%

【解析】

Ⅰ已知:氢气燃烧热为285.8 kJ/mol,H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8 kJ/mol

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+133 kJ/mol

③H2O(g)=H2O(l)△H=-44 kJ/mol

①×4-②-③×4得到催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其它无毒物质的热化学方程式为4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2 kJ/mol;

Ⅱ.(1)A、根据方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)可知混合气体的平均式量始终保持不变,不能说明反应达到平衡状态,故A错误;

B、向2L密闭容器中加入2molCO2、6molH2,按照1:3反应,所以过程中CO2和H2的体积分数始终保持不变,故B错误;

C、向2L密闭容器中加入2molCO2、6molH2,按照1:3反应,CO2和H2的转化率始终相等,不能确定反应是否达到平衡状态,故C错误;

D、反应物是气体,生成物是液体,混合气体的密度保持不变,说明反应达到平衡状态,故D正确;

E、1molCO2生成的同时有3molH-H键断裂,说明正逆反应速率相同,反应达到平衡状态,故E正确;

故答案为:DE;

(2)①H2和CO总共为3mol,且起始=2,可知H2为2mol、CO为1mol,5min达到平衡时CO的转化率为0.4,则:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol):1 2 0

变化(mol):0.4 0.8 0.4

平衡(mol):0.6 1.2 0.4

容器的容积为2L,则v(H2)= =0.08mol/(L·min),该温度下平衡常数K=,此时再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol,此时浓度商Qc=,反应向逆向反应进行,达新平衡时H2的转化率将减小;

②混合比例等于化学计量数之比时,平衡时生成物的含量最大,故当=3.5时,达到平衡状态后,CH3OH的体积分数小于C点,故选F;

(3)由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,升高温度平衡向吸热反应方向移动,故正反应为放热反应;设平衡时参加反应的B的物质的量为xmol,则:

A(g)+B(g)C(g)+D(g)

开始(mol/L):0.1 0.1 0 0

变化(mol/L):x x x x

平衡(mol/L):0.1-x 0.1-x x x

故=1,解得x=0.05

反应初始至平衡,A的平均反应速率v(A)==0.005molL-1s-1;平衡时B的转化率为×100%=50%。

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